CC BY
65
Курский научно-практический вестник "Человек и его здоровье", 2014, № 4
УДК 616.132-089.819.843:615.462:677.494.674
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИИ TUNICA MEDIA И TUNICA INTIMA АОРТЫ НА ИМПЛАНТАЦИЮ РАЗЛИЧНЫХ ЛАВСАНОВЫХ ПРОТЕЗОВ
© Лазаренко С.В.1, Липатов В.А.2, Иванов А.В.3, Парфенов И.П.4
1 Кафедра урологии, 2 кафедра оперативной хирургии и топографической анатомии, 3 кафедра гистологии, эмбриологии, цитологии Курского государственного медицинского университета, Курск; 4 Городская клиническая больница им. С.П. Боткина, Москва
E-mail: IvanovAV @kursksmu. net
На материале от 30 собак с помощью гистологических методик и электронной микроскопии изучена реакция плотной волокнистой соединительной ткани, образующей tunica media аорты и эндотелиальной выстилки ее tunica intima на имплантацию трех видов лавсановых протезов на срок полгода и год. Установлено, что во всех случаях вокруг имплантированного материала и вокруг отдельных нитей имплантов формируется волокнистая соединительнотканная капсула. Непрерывно протекающее ремоделирование последней приводит к деформации импланта и смещению вплоть до полного прободения в просвет аорты шовного материала и нитей импланта. Наименьшей деформации на сроках 180 и 360 суток подвергается материал «Линтекс». Наиболее деформированным оказался материал «Б. Браун».
Ключевые слова: лавсан, протезирование стенки аорты, плотная волокнистая соединительная ткань, «Линтекс», «Север», «Б. Браун».
THE FEATURES OF AORTAL TUNICA MEDIA AND TUNICA INTIMA REACTION ON DIFFERENT POLYESTER IMPLANTS Lazarenko S.V.1, Lipatov V.A.2, Ivanov A. V.3, Parfenov I.P.4
1 Urology Department, 2 Operative Surgery and Topographic Anatomy Department, 3 Histology, Embryology, Cytology
Department of Kursk State Medical University, Kursk;
4 City Hospital named after S.P. Botkin, Moscow
The material of 30 dogs has been studied with histological technique and electron microscopy to investigate the reaction of dense fibrous connective tissue that forms the tunica media of the aorta and endothelial lining of its tunica intima to the implantation of three types of polyester implants for a period of six months and a year. It has been established that in all cases the fibrous connective tissue capsule was well formed around the implanted material and its filaments. The deformation and displacement of implants result from continuous remodeling of the connective tissue that may cause the aortal wall perforation by a suture or implant filaments. It has been established that for periods of 180 and 360 days the Lintex material is the best because of its less deformation. The most deformed material is B. Brown.
Keywords: polyester, prosthesis of the aorta wall, dense fibrous connective tissue, Lintex, Sever, B.Brown.
Ежегодное увеличение абсолютного количества смертей вследствие сердечно-сосудистой патологии является причиной увеличения количества выполняемых реконструктивных операций на кровеносных сосудах. Считается, что лучшим материалом для замещения дефектов стенки магистральных сосудов являются фрагменты собственных кровеносных сосудов человека вследствие полного совпадения механических, химических, иммунологических и иных характеристик. В этом смысле менее предпочтительны схожие по указанным типам характеристик биоматериалы, такие как ауто-, гомо- и ксеноматериалы Тем не менее, наряду с последними все большую распространенность в практике сосудистой хирургии получают протезы и сосудистые заплаты из синтетических материалов [1, 9]. Следует отметить, что ряд показателей синтетических материалов может существенно повлиять как на течение и исход операции, так и на результат лечения в раннем или отдаленном послеоперационном пе-
риоде [5, 8]. Очевидным преимуществом таких материалов по сравнению с протезами и сосудистыми заплатами биологического происхождения является практически нулевая антигенная активность и устойчивость к агрессии макрофагальной системы организма реципиента. А к недостаткам следует отнести их отличные от кровеносных сосудов биомеханические характеристики, пористость, приводящую к большой кровопотере как во время операции, так и после восстановления кровотока [4], травматизацию окружающей соединительной ткани вследствие смещения нитей протеза (так называемый «люфт» протеза). Если особенности реакции рыхлой волокнистой соединительной ткани (РВСТ) на синтетические эндопротезы отличающиеся по способу изготовления и используемым полимерам изучено достаточно хорошо как на ранних сроках после экспериментального воздействия, так и в отдаленном послеоперационном периоде [2, 3, 10, 11], то ответная реакция плотной волокнистой соединительной
11
Экспериментальная биология и медицина
ткани (ПВСТ), которая как раз и образует основную часть стенки таких магистральных кровеносных сосудов, как аорта, легочная артерия, полые вены, практически не исследована.
Поэтому целью настоящей работы стало сравнительное изучение в условиях эксперимента in vivo ответной реакции ПВСТ на имплантацию новых образцов сосудистых заплат, применяемых для восстановления дефектов крупных сосудов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве материалов для экспериментальных исследований были использованы образцы сосудистых заплат, отличающиеся способом плетения полотна (тканое или основовязанное), составом нитей (лавсан или модифицированный лавсан) и пористостью стенки (пористая стенка или стенка, пропитанная желатином). Сведения о производителях, химическом составе и способах изготовления трех сравниваемых образцов и распределении животных в экспериментальных группах представлены в таблице 1.
Всем животным под общим наркозом производилась срединная лапаротомия. Для прекращения кровотока в месте оперативного вмешательства на абдоминальном отделе аорты использовался зажим для иссечения стенки аорты собственной конструкции [7]. После наложения зажима производилось продольное рассечение всех слоев стенки аорты на протяжении 0,5 см. В последующем выполнялось эндопротезирование места травмы аорты, тремя образцами протезов по ходу аорты на расстоянии 20 мм друг от друга.
Стенка аорты над эндопротезом ушивалась непрерывным швом.
После выведения животных из опыта в сроки, указанные в таблице 1, иссекались имплантированные материалы с окружающими их тканями. Полученный биологический материал фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина. После фиксации иссекали меньшие кусочки тканей с фрагментами имплантированных эндопротезов и после промывки, обезвоживания и пропитывания парафином по стандартной методике и микротомирования, срезы толщиной 10-12 мкм окрашивались по Маллори и гематоксилинэозином по стандартным прописям [6].
Микроскопирование и микрофотосъемка производились с помощью оптической системы, состоящей из микроскопа Leica CME и окуляркамеры DCM-510 на увеличениях х100 и х400 крат с документированием снимков в программе FUTURE WINJOE, входящей в комплект поставки окуляр-камеры.
С целью изучения состояния внутренней поверхности интимы, покрывающей имплантированный протез, часть материала была исследована в лаборатории электронной микроскопии на базе МНТЦ ГБОУ ВПО «Курский государственный университет». В этом случае после предварительной фиксации в 10% растворе нейтрального формалина из аутопсийного материала иссекали дополнительные кусочки брюшной аорты собак с имплантированными образцами эндопротезов. После сублимационной сушки указанные образцы помещали на токопроводящий углеродный скотч в камеру электронного растрового микроскопа FEI Quanta 650 FEG.
Таблица 1
Характеристика экспериментального материала и распределение экспериментальных животных
по группам исследования
Наименование производителя образца Химическая структура волокон Тип переплетения волокон Подгруппы наблюдения (срок выведения из эксперимента, количество животных)
ООО «Линтекс», г. С.-Петербург полиэтилен- терефталат (лавсан) основовязаное полотно подгруппа 1.180: 180 суток; n=5 подгруппа 1.360: 360 суток; n=5
ООО ПТГО «Север», г. С.-Петербург полиэтилен-терефталат и фторлон тканое полотно подгруппа 2.180: 180 суток; n=5 подгруппа 2.360: 360 суток; n=5
Компания B. Braun Melsungen AG (Германия) полиэтилен- терефталат (лавсан) основовязаное полотно, пропитанное желатином подгруппа 3.180: 180 суток; n=5 подгруппа 3.360: 360 суток; n=5
ИТОГО 30 собак
12
Курский научно-практический вестник "Человек и его здоровье", 2014, № 4
Рис. 1. Эндотелиоциты внутренней поверхности аорты в зоне имплантации протеза «Линтекс». На поверхности эндотелиоцитов различимы форменные элементы крови - эритроциты, скопления тромбоцитов. СЭМ, детектор Everhart-Thomley, вольтаж 1,70 кВ, ув. х3000, электронное пятно 3,0 нм, режим вторичных электронов.
В режиме вторичных электронов с параметрами давления в камере от 8-10"3 до 3-10"3 Па детектором Эверхарта-Торнли при ускоряющем напряжении 1,7 кВ были получены изображения интимы и неоинтимы каждого из образцов. При этом размер диафрагмы конечной линзы составил 30 мкм, диаметр электронного пятна - 3 (в относительных единицах). В процессе исследование осуществлялось фотографирование участков исследуемых образцов с одновременным нанесением размерной шкалы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение материала от животных подгруппы 1.180 показало, что имплант и шовный материал оказываются под воздействием разнонаправленных сил. Это проявляется в виде участков компрессии волокнистого каркаса стенки аорты, чередующихся с участками «разрежения» элементов волокнистой соединительной ткани. Последние располагаются на противоположной стороне «нагруженных» нитей. Нередко в таких местах обнаруживаются распространенные лимфогисти-оцитарные инфильтраты. Отмечаются смещения отдельных нитей импланта и/ или шовного материала к просвету аорты. Они имеют вид выпуклостей, состоящих из ПВСТ средней оболочки стенки аорты. Направление хода пучков коллагеновых и эластических волокон в них меняется на
перпендикулярное по отношению к плоскости стенки аорты. На поверхности таких «выбуханий» отмечаются участки утолщения интимы с признаками дезорганизации эндотелиальной выстилки в виде участков утолщения эндотелия, образования «заусениц».
При сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) интимы аорты в зоне стояния сосудистой заплаты из материала «Линтекс» вне «выбуханий», каких-либо признаком патологии со стороны эндотелиальной выстилки на обнаружено. Эн-дотелиоциты имеют обычную для них вытянутую форму с неровными краями (рис. 1).
Длина клеток колеблется от 15-20 до 2530 мкм. На поверхности эндотелиоцитов видны единичные форменные элементы. Чаще всего это эритроциты, имеющие характерную для них форму, или же скопления тромбоцитов и агрегированных с ними клеток белой крови.
В подгруппе 2.180 (материал «Север») в сравнении с подгруппой 1.180 (материал «Линтекс») признаки деформации стенки аорты и миграции элементов имплантов более выражены. Практически у каждой из нитей шовного материала отмечаются участки компрессии волокнистого каркаса средней оболочки аорты, что проявляется не только изменением тинкториальных свойств волокон в этой зоне, но и отсутствием ядер механо-цитов, по-видимому, вследствие их гибели. Отмечается более выраженная дезинтеграция материала сосудистой заплаты. Наблюдаются
13
Экспериментальная биология и медицина
Рис. 2. На рисунке обозначены нити протеза (В), а также стрелками указаны места, где располагались нити протеза, мигрировавшие к просвету аорты. Отчетливо видно прободение интимы и выход концов лавсановых волокон в просвет аорты. Окраска гематоксилин-эозином. Микрофото. Ув. х 400.
Рис. 3. Концы лавсановых нитей, выступающие в просвет аорты. Видны границы между эндотелиоци-тами и их ядерные части. Левая часть снимка - организованный пристеночный тромб. СЭМ, детектор Everhart-Thomley, вольтаж 1,50 кВ, ув. х400, электронное пятно 3,0 нм, режим вторичных электронов.
выступающие в просвет аорты как единичные лавсановые волокна, так и волокна, сплетенные в нити материала (рис. 2).
При исследовании материала от этой подгруппы животных в СЭМ установлено, что в непосредственной близости от скоплений прободающих интиму аорты лавсановых нитей располагаются различные по площади пристеночные тромбы. Они хорошо организованы, проросли
соединительной тканью и, по всей видимости, имеют давнее происхождение (рис. 3). В то же время межэндотелиальные границы не расширены. Ядерные части клеток легко определяются. Наряду с этим в участках прободения интимы лавсановыми волокнами имеются участки слущивания единичных эндотелиоцитов. Тем не менее малое количество наблюдений не позволяет трактовать этот феномен как патологическую реакцию.
14
Курский научно-практический вестник "Человек и его здоровье”, 2014, № 4
Рис. 4. На фотографии показаны зоны инфильтрации стенки аорты лейкоцитами (И), расслаивающие tunica media аорты. Окраска гематоксилином-эозином. Микрофото. Ув. х 100.
Рис. 5. На фотографии показаны нити протеза (В). Стрелки указывают соединительнотканные волокна и ядра фибробластов между волокнами нитей протеза. Окраска гематоксилином-эозином. Микрофото. Ув. х 400.
Изучение гистологических препаратов от животных подгруппы 3.180 (материал «Б. Браун») позволяет сделать заключение о нарастании количества, и утяжелении качества симптомов реакции тканей стенки аорты по сравнению с двумя предыдущими экспериментальными подгруппами. Это проявляется увеличением количества и объема лимфогистиоцитарных инфильтратов (рис. 4), их распространением во всех направления и, как следствие, дезинтеграцией волокнистого каркаса средней оболочки стенки аорты. При этом в проекции зоны стояния сосудистой заплаты на интиму отмечаются более обширные по площади участки слущивания эндотелия.
На электронограммах определяются обширные участки «выбухания» материала сосудистой
заплаты в просвет аорты. Роль «проводника», первым выходящего в просвет аорты играет шовный материал. В результате этого прорезающийся в просвет аорты шовный материал оказывается даже не покрыт эндотелием, хотя окружающая зону выбухания tunica intima не имеет видимых признаков патологии.
Увеличение сроков наблюдения до 1 года приводит к стабилизации морфологической картины реакции тканей стенки аорты на имплантацию сосудистых заплат из сравниваемых материалов. Так, в подгруппе 1.360 (материал «Лин-текс») вокруг импланта не отмечается сколько-нибудь значимых признаков реакции. При микро-скопировании на большем увеличении волокнистая компонента ПВСТ, образующей среднюю
15
Экспериментальная биология и медицина
Рис. 6. Нити протеза (В) в окружении тканевых элементов tunica media аорты собаки. Окраска гематоксилин-эозином. Микрофото. Ув. х 100.
Рис. 7. Длинная стрелка указывает лавсановое волокно, отделившееся от основной нити и прободающее tunica intima. Короткие стрелки указывают очаг адгезии тромбоцитов к эндотелию (слева) и очаг слущива-ния эндотелия (справа). Окраска гематоксилин-эозином. Микрофото. Ув. х 400.
оболочку стенки аорты, обнаруживается глубоко в нитях импланта между отдельными лавсановыми волокнами (рис. 5). Это зрелые волокна, так как они имеют одинаковую степень оксифилии с волокнами самой стенки аорты, а во-вторых, здесь присутствуют также ядра клеток-механоцитов, непосредственно участвовавших в синтезе коллагена и эластина, а также в процессах ремоделирования волокнистой компоненты.
В сравнении в подгруппой 1.360, в подгруппе 2.360 (материал «Север») картина реакции стенки аорты на имплант менее стабильна. Вокруг лоскута импланта в целом и вокруг его отдельных нитей (рис. 6) имеется выраженный волокнистый футляр, полностью интегрированный с волокни-
стым каркасом tunica media аорты. На большом увеличении видно, что этот каркас представляет собой ПВСТ, состоящую из пучков коллагеновых и эластических волокон, имеющих параллельную пространственную организацию, вне зависимости от их траектории. Среди пучков волокон определяются ядра клеток-механоцитов, кровеносные сосуды, в том числе и принадлежащие к микроциркуляторному руслу. В отдельных участках интимы в зоне проекции импланта определяются участки частичной отслойки эндотелия с базальной мембраной от подлежащего субэндотелиального слоя. Реже удается обнаружить участки выбухания в просвет аорты отдельных лавсановых волокон, происходящих из деформированных
16
Курский научно-практический вестник "Человек и его здоровье", 2014, № 4
Рис. 8. Место выхода волокон протеза в просвет аорты. СЭМ, детектор Everhart-Thomley, вольтаж 1,90 кВ, ув. х1600, электронное пятно 3,0 нм, режим вторичных электронов
или поврежденных плетеных нитей импланта. Там, где такие волокна оказываются наименее стабильными и, следовательно, оказывают наибольшие повреждения на строму стенки аорты, мы наблюдаем не только повышенную плотность ядер клеток-механоцитов, но и реакцию интимы в виде очагов десквамации эндотелия и адгезии к подобным участкам интимы скоплений тромбоцитов (рис. 7).
При исследовании такого материала в сканирующем электронном микроскопе также удается увидеть участки обнаженной базальной мембраны.
Сравнение реакции ПВСТ стенки аорты на материал «Б. Браун» при его экспозиции в тканях tunica media в течение года с предыдущей подгруппой (2.360, материал «Север») показывает, что при схожем состоянии наружных (внешних по отношению к импланту) отделов волокнистого футляра, состояние и степень упорядоченности (пространственной организации) пучков волокон, локализованных между нитями протеза оказывается совершенно иным. На большом увеличении видно, что лавсановые волокна в пределах нитей протеза оказываются разобщенными, дезориентированными, разделенными и хаотично ориентированными вследствие неупорядоченного прорастания между ними пучков волокон и скоплений клеток ПВСТ. Общая картина напоминает взаиморасположение пучков коллагеновых волокон в плотной неоформленной соединительной ткани сетчатого слоя кожи.
При исследовании в сканирующем электронном микроскопе на поверхности интимы, покрывающей участок стенки аорты в зоне стояния импланта, так же как и в предыдущей подгруппе исследования, обнаруживаются очаги десквамации эндотелия, расположенные в области выхода в просвет аорты волокон, отделившихся от основной части импланта (рис. 8). Между основаниями таких волокон определяются сгустки фибрина различной давности, что исключает возможность трактовки их образования как артефакта в момент выведения животных из эксперимента и забора материала для исследования.
Таким образом, экспозиция сосудистых заплат в стенке аорты собак при их размещении в средней оболочке (tunica media), состоящей из ПВСТ приводит к пространственной реорганизации последней, с образованием за счет функционирования резидентных клеток-механоцитов волокнистого футляра вокруг импланта в целом, а также вокруг его отдельных нитей и волокон, формирующих нити имплантированного материала. Объемная пространственная реорганизация (реструктуризация) волокнистого каркаса стенки аорты и локальное (в зоне стояния импланта) изменение ее (стенки) механических характеристик происходит вследствие того, что прорастающие в имплант клеточные и волокнистые элементы ПВСТ дезорганизуют пучки волокон в нитях протеза. Поэтому отдельные волокна, а также пучки лавсановых волокон (нити импланта), особенно располагающиеся на краях сосудистых заплат и не имеющие дополнительной стабилизации рядом
17
Экспериментальная биология и медицина
расположенными элементами импланта, меняют свою ориентацию и постепенно выбухают в просвет аорты вплоть до прободения интимы. Следует отметить, что наиболее стабильным и, следовательно, оказывающим наименьшее дезорганизующее воздействие на волокнистый остов стенки аорты среди исследуемых материалов на обоих сроках исследования (180 и 360 суток) является материал «Линтекс». Это подтверждается меньшей частотой выбухания и прободения интимы волокнами этого материала, а также большей сохранностью эндотелиальной выстилки по результатам СЭМ.
Наихудшие результаты, особенно на сроке 360 суток наблюдения показывает материал «Б. Браун». Возможно что его неудовлетворительные результаты объясняются тем, что «разборка» желатиновой пропитки, осуществляемая макрофагальной системой на ранних сроках экспозиции в стенке аорты протекает неравномерно, что приводит к неравномерной пролиферации клеточных и волокнистых элементов в стенке аорты и, следовательно, более выраженной деформации самого импланта и увеличенному по сравнению с другими имплантами количеству «мигрирующих» лавсановых волокон.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алуханян О.А., Винокур А.А., Мартиросян Х.Г., Аристов Д.С. Сравнительная характеристика новых сосудистых заплат из политетрафторэтилена в эксперименте // Ангиология и сосудистая хирургия. - 2012. - № 2. - С. 45-51.
2. Иванов А.В., Липатов В.А., Лазаренко С.В., Жуковский В.А. К вопросу о биосовместимости новых образцов заплат для коррекции дефектов магистральных сосудов // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. - С. 682.
3. Иванов И.С., Горяинова Г.Н., Мартынцев А.А., Катунина Т.П., Мишустин В.Н., Григорьев Н.Н.
Сравнительная морфология тканей при использовании протезов из лавсана и поливинилиденфто-рида в эксперименте // Курский научнопрактический вестник «Человек и его здоровье». -
2011. - № 4. - С. 39-49.
4. Лебедев Л.В., Плоткин Л.Л., Смирнов А.Д. Протезы кровеносных сосудов // 2-е изд. - Л. : Медицина, 1981. - 191 с.
5. Лебедев Л.В., Плоткин Л.Л., Смирнов А.Д., Вавилов В.Н., Лукьянов Ю.В., Горбунов Г.Ю. Протезы кровеносных сосудов // СПб : Петербург - XXI-век совместно с ТОО ШКС, 1994. - 238 с.
6. Лилли Р. Патогистологическая техника и практическая гистохимия. - М., 1969. - С. 146.
7. Новомлинец Ю.П., Лазаренко С.В., Бобровская Е.А., Новомлинец Е.Ю., Скорятина М.С., Султанов К.Г. Зажим для иссечения стенки аорты // Патент на полезную модель №145251, зарегистрирован 7 мая 2014 г., опубл. 10.09.2014.
8. Седов В.М., Лебедев Л.В., Шломин В.В., Гусинский А.В., Михайлов И.В., Воронцов М.А., Серебрянский Ю.Б. Результаты использования отечественных сосудистых протезов «экофлон» // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. - 2002. - № 1. -С. 11-15.
9. Седов В.М., Андреев Д.Ю., Семенова Е.Г., Кухаре-ва Л.В., Пинаев Г.П., Соколова И.М., Дьяков В.Е. Эндотелизированные сосудистые протезы (экспериментальное исследование) // Ангиология и сосудистая хирургия. - 2004. - Т. 10, № 2. -С. 111-117.
10. Суковатых Б.С., Иванов А.В., Валуйская Н.М., Ге-расимчук Е.В. Влияние поздней имплантационной тканевой реакции на выбор полипропиленового эндопротеза для превентивной подапоневротической пластики брюшной стенки // Новости хирургии. - 2013. - Т. 21, № 5. - С. 11-17.
11. Суковатых Б.С., Иванов А.В., Герасимчук Е.В., Вожжова Л.А. Выбор полипропиленового имплантата для превентивного эндопротезирования брюшной стенки // Хирург. - 2013. - № 4. -С. 10-16.
18
